همه چیز درباره یاتاقان / یاتاقان چیست؟ / تاریخچه یاتاقان / انواع یاتاقان
یاتاقان (به انگلیسی: bearing) وسیله‌ای است که اجازهٔ حرکت نسبیِ مشخصی را بین دو یا بیشتر از دو قطعه می‌دهد که به‌طور نمونه به صورت چرخش یا حرکت خطی است. یاتاقانها را می‌توان به صورت گسترده‌ای بر طبق حرکتی که مجازند داشته باشند یا براساس اصول کاریشان و همچنین جهت بارهای اعمالی که می‌توانند تحمل کنند، طبقه‌بندی کرد.
نمونه‌ای از یاتاقان ساچمه‌ای یا بلبرینگ در نمای برش‌خورده
یاتاقان وام‌واژه‌ای ترکی است. یک نوع متقدم از یاتاقان‌های خطی از سه بدنه استفاده می‌کند که بر روی هم و در زیر قلم‌بند قرار دارند. گرچه هیچ مدرک قاطعی وجود ندارد اما این فناوری ممکن است به قدمت ساخت هرم گیزا باشد. یاتاقان‌های خطی مدرن از اصول مشابهی استفاده می‌کنند با این تفاوت که بعضی مواقع از ساچمه به جای غلتک استفاده می‌شود.
اجزای نخستین ساچمه‌های ساده و غلتکی، چوب بوده‌است اما سرامیک، یاقوت کبود و شیشه نیز کاربرد داشتند. آهن، برنز، بابیت و فولادهای دیگر، سرامیک‌ها و پلاستیک (برای مثال نایلون، پلی‌اکسی‌متیلن، تفلون و UHMWPE) همگی امروز معمولند. یک ساعت جیبی مرصع برای کاهش اصطکاک از سنگ‌ها استفاده می‌کند و با این کار اجازه می‌دهد که زمان دقیق‌تر نگه داشته‌شود. حتی مواد قدیمی هم می‌توانند دوام خوبی داشته باشند. برای مثال، یاتاقان‌های چوبی امروزه هنوز هم می‌توانند در آسیاب‌های آبی قدیمی دیده بشوند که آب، سرد و روانکاری‌اش را تأمین می‌کند.
یاتاقان‌های چرخشی برای بسیاری از کاربردها مورد نیازند، از کاربردهای سنگین در محور چرخ‌ها و شفت‌های ماشین گرفته تا قسمت‌های دقیق ساعت‌ها. ساده‌ترین یاتاقان چرخشی یاتاقان بوش است که فقط یک سیلندر است که بین چرخ و محورش وارد می‌شود، این ساختار بوسیله یاتاقان غلتشی ادامه پیدا کرد که در آن بوش بوسیله تعدادی غلتک سیلندری جایگزین شد. هر غلتک به عنوان یک چرخ جدا رفتار می‌کند.
اولین یاتاقان غلتکی اتاق‌دار عملی در اواسط دهه ۱۷۴۰ میلادی بوسیله جان هریسون که ساعت‌ساز بود ابداع شد. این وسیله از یاتاقان برای یک حرکت نوسانی بسیار محدود استفاده می‌کرد ولی او همچنین در همان زمان از یک یاتاقان مشابه در یک وسیله واقعاً دوار در یک ساعت معمولی نیز استفاده کرد.
یک مثال قدیمی از بلبرینگ چوبی که یک میز چرخنده را پشتیبانی می‌کرد، از کشتی رومی نمی در دریاچه نمی به جا مانده‌است. خرابی کشتی به ۴۰ قبل از میلاد برمی گردد. گفته می‌شود لئوناردو دا وینچی یک نوع یاتاقان ساچمه‌ای را در حدود سال ۱۵۰۰ شرح داده‌است. مسئله‌ای در ارتباط با بلبرینگ‌ها، مالش ساچمه‌ها در مقابل یک دیگر است که موجب اصطکاک مضاعف می‌شود. اما مالش می‌تواند بوسیله محبوس کردن ساچمه‌ها درون یک قفس جلوگیری شود. یاتاقان غلتشی اتاق‌دار در اصل بوسیله گالیله در دهه ۱۹۶۰ شرح داده شد. قرار دادن یاتاقانها در یک ردیف تا سال‌های زیاد بعد از آن انجام نشد. اولین امتیاز حق ثبت کاسه ساچمه متعلق به فیلیپ وگان از کارمارتن در ۱۷۹۴ بود.
نقاشی لئوناردو دا وینچی (۱۴۵۲–۱۵۱۹) مطالعه بر روی یک بلبرینگ
یک حق امتیازی که به عنوان اولین حق امتیاز گزارش شده‌است، به یک تعمیرکار دوچرخه پاریسی در آگوست ۱۸۶۹ رسید. این یاتاقانها سپس در دوچرخه‌ای که بوسیله جیمز مور در اولین دوره مسابقات جهانی دوچرخه‌سواری در جاده پاریس-روان در نوامبر ۱۸۶۹ به مقام قهرمانی رسید، گنجانده‌شد.
طراحی مدرن یاتاقان خودتنظیم به اسون وینگوئیست از شرکت تولیدکننده بلبرینگ اس‌کی‌اف در سال ۱۹۰۷ مربوط می‌شد.
هنری تیمکن، یک رویاگرا و مبتکر در صنعت حمل و نقل در قرن ۱۹، امتیاز یاتاقان با غلتک مخروطی را در ۱۸۹۸ به ثبت رساند. سال بعد، او یک شرکت تأسیس کرد تا ابداعش را به تولید برساند. در طول یک سده، شرکت آنقدر رشد کرد که یاتاقانها را از همه نوعی درست می‌کرد، به‌خصوص فولاد و ارائه محصولات و خدمات مربوطه‌اش.
اریش فرانکه در سال ۱۹۳۴ بلبرینگ کاسه سیمی را اختراع و به ثبت رساند. توجه او در طراحی یاتاقان بر کوچک بودن سطح مقطع تا حداقل مقدار ممکن بود که بتواند در یک طراحی بسته جمع بشود. بعد از جنگ جهانی دوم او به همراه گرهارد هیدریچ، شرکت فرانک و گرهارد را تأسیس کرد تا به تولید و بسط بلبرینگ کاسه سیمی سرعت ببخشد.
شرکت تیمکن، شرکت اس‌کی‌اف، گروه شافلر (خصوصی)، شرکت ان‌اس‌کی، و شرکت یاتاقان‌سازی ان‌تی‌ان در حال حاضر بزرگ‌ترین تولیدکنندگان یاتاقان در جهانند.
امروزه، یاتاقانها در کاربردهای متنوعی به کار می‌روند. یاتاقان‌های فوق سریع در قطعات دستی دندانپزشکی به کار می‌رود، یاتاقان‌های هوافضایی در مریخ‌نورد به کار رفته‌اند و یاتاقان‌های خمشی در سیستم‌های همتراز نوری استفاده شده‌اند.
چگونگی کاهش اصطکاک
یاتاقان‌های ساده به طرز گسترده‌ای استفاده می‌شوند و از سطوح برای تماس سایشی استفاده می‌کنند.
به‌خصوص با وجود روانکاری، آن‌ها معمولاً عمر و اصطکاک کاملاً قابل قبولی می‌دهند.
از سوی دیگر، یاتاقان‌های با اصطکاک کم معمولاً به خاطر راندمان‌شان، کاهش فرسایش و استفاده گسترده در سرعت‌های بالا را تسهیل می‌کنند، دارای اهمیت‌اند. اصولاً یک یاتاقان می‌تواند اصطکاک را با امتیاز شکلش، با موادش یا با معرفی و داشتن یک سیال بین سطوح یا جدا کردن سطوح با یک میدان الکترومغناطیسی، کاهش دهد.
با کمک شکل
معمولاً مزایایش را با استفاده از غلتک‌ها یا کره‌ها یا با شکل‌دادن یاتاقان‌های خمشی حاصل می‌کند.
با کمک مواد
با بهره‌گیری از طبیعت موادی که یاتاقانها را تشکیل می‌دهند. (یک مثال می‌تواند استفاده از پلاستیک باشد که اصطکاک سطحی کمی دارد)
به کمک یک سیال
با بهره بردن از ویسکوزیته کم یک لایه سیال مانند یک روانساز یا یک واسطه فشرده شده که از برخورد دو سطح جلوگیری کند؛ یا با کاهش نیروی عمودی بین آن‌ها.
به کمک میدان‌ها
با استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی، مانند میدان مغناطیسی، تا از برخورد سطوح جامد جلوگیری کند.
حتی می‌توان از ترکیبی از این‌ها در یک یاتاقان بهره برد. مثال این قسمت برای زمانی است که یک اتاقک از پلاستیک ساخته شده باشد و بین توپ‌ها (غلتک‌ها) که با شکل‌شان اصطکاک را کم می‌کنند، فاصله ایجاد کند و تکمیل‌شان کند.
اصول عملکرد
حداقل شش اصل کاری معمول وجود دارد:
یاتاقان ساده که معمولاً بوش، یاتاقان‌های سرمحور، یاتاقان بوش، یاتاقان‌های خان‌دار، یا یاتاقان‌های ساده نامیده می‌شوند.
یاتاقان غلتشی مانند یاتاقان‌های ساچمه‌ای (بلبرینگ‌ها) و یاتاقان‌های غلتکی (رولربرینگ‌ها).
یاتاقان مرصع که نیروها در آن بوسیله پیچیدن جزئی خارج از مرکز محور، تحمل می‌شود.
یاتاقان لغزشی که در آن نیروها توسط یک سیال یا گاز تحمل می‌شوند.
یاتاقان مغناطیسی که در آن نیرو با کمک یک میدان مغناطیسی تحمل می‌شود.
یاتاقان خمشی که در آن حرکت با المان نیرویی که خم می‌شود، تأمین می‌شود.
حرکت‌ها
حرکت‌های معمولی که یاتاقانها اجازه آن را می‌دهند عبارتند از:
چرخش محوری؛ مانند چرخش میله محور.
حرکت خطی؛ مانند کشو.
حرکت کروی؛ مانند لولای کاسه ساچمه‌ای.
حرکت مفصلی؛ مانند درها.
نیروها
یاتاقانها تنوع گسترده‌ای در اندازه و جهتی که می‌توانند تحمل کنند دارند.
نیروها می‌توانند به صورت نیروی غالب شعاعی، محوری (یاتاقان کف‌گرد) یا ممان عمود بر محور اصلی یاافقی باشند.
سرعت‌ها
انواع مختلف یاتاقانها، محدودیت‌های سرعت عملکردی متفاوتی دارند. سرعت به‌طور نمونه به عنوان حداکثر سرعت سطحی نسبی تعریف می‌شود که واحدش اغلب ft/s یا m/s می‌باشد. یاتاقان‌های چرخشی به عنوان نمونه، عملکرد را به صورت DN توصیف می‌کنند که D قطر (اغلب به mm) یاتاقان و N سرعت چرخش با واحد دور بر دقیقه است.
عموماً سرعت عملکرد یاتاقانها در بازه قابل توجهی با هم تداخل دارد. به عنوان نمونه یاتاقان‌های ساده در سرعت‌های پایین کارایی دارند. یاتاقان‌های غلتشی سریعتر هستند، به دنبال آن یاتاقان‌های لغزشی و سرانجام یاتاقان‌های مغناطیسی قرار دارند که در نهایت بوسیله نیروی مرکزگرا و با غلبه بر مقاومت مواد، محدود می‌شوند.
لقی و الاستیسیته
بعضی کاربردها نیروهای یاتاقانها را در جهات متنوعی به کار می‌برد و تنها لقی یا شیب محدودی را به عنوان نیروی متغیر اعمالی می‌پذیرد. یکی از منابع حرکت در یاتاقانها، فواصل یا لقی‌هاست. برای مثال یک شفت ۱۰ میلی‌متری در یک سوراخ ۱۲ میلی‌متری، ۲ میلی‌متر لقی دارد. منبع دوم حرکت، الاستیسیته در خود یاتاقان‌هاست. برای مثال ساچمه‌ها در یاتاقان‌های ساچمه‌ای (بلبرینگ‌ها) مانند یک لاستیک سفت می‌ماند و تحت بار، از دایره به یک شکل جزئی مسطح تبدیل می‌شود. کاسه بلبرینگ نیز الاستیک است و یک فرورفتگی را در محلی که ساچمه‌ها بر روی آن فشار می‌آورند ایجاد می‌کند.
عمر
یاتاقان‌های مغناطیسی و لغزشی می‌توانند به صورت بالقوه عمر نامحدود بدهند.
عمر یاتاقان‌های غلتشی آماری است اما بوسیله بار، دما، نگهداری و تعمیر، ارتعاش، روانکاری و سایر فاکتورها تعیین می‌شود.
برای یاتاقان‌های ساده بعضی از مواد عمر بیشتری نسبت به بقیه می‌دهند. بعضی از ساعت‌های جان هریسون هنوز هم بعد از صدها سال کار می‌کنند چرا که از چوب پاک‌چوبه در ساختشان استفاده شده‌است. درحالی‌که ساعت‌های فلزی‌اش با توجه به فرسودگی بالقوه‌شان به ندرت کار کردند.
تعمیر و نگهداری
یاتاقان‌های بسیاری احتیاج به تعمیرات دورهای دارند تا از خرابی پیش از موعد جلوگیری شود. گرچه بعضی از آن‌ها نظیر یاتاقان‌های لغزشی یا مغناطیسی ممکن است احتیاج به نگهداری کمتری داشته‌باشند.
بیشتر یاتاقانها در عملکرد در دورهای بالا نیازمند روانکاری و تمیزکاری دورهای هستند و ممکن است احتیاج به تنظیمات مجدد داشته‌باشند تا اثر فرسایش را به حداقل برسانند.
گونه‌های یاتاقان / انواع یاتاقان
یاتاقان ساده (بوش)، یاتاقان غلتشی، یاتاقان مرصع، یاتاقان لغزشی، یاتاقان مغناطیسی، یاتاقان خمشی، یاتاقان ساچمه‌ای یا بلبرینگ (به انگلیسی: Ball Bearing) ، یاتاقان کف‌گرد یا یاتاقان محوری (به انگلیسی: Thrust Bearing) ، یاتاقان هادی (به انگلیسی: Guide Bearing)
A bearing is a machine element that constrains relative motion to only the desired motion, and reduces friction between moving parts. The design of the bearing may, for example, provide for free linear movement of the moving part or for free rotation around a fixed axis; or, it may prevent a motion by controlling the vectors of normal forces that bear on the moving parts. Most bearings facilitate the desired motion by minimizing friction. Bearings are classified broadly according to the type of operation, the motions allowed, or to the directions of the loads (forces) applied to the parts.
Rotary bearings hold rotating components such as shafts or axles within mechanical systems, and transfer axial and radial loads from the source of the load to the structure supporting it. The simplest form of bearing, the plain bearing, consists of a shaft rotating in a hole. Lubrication is used to reduce friction. In the ball bearing and roller bearing, to reduce sliding friction, rolling elements such as rollers or balls with a circular cross-section are located between the races or journals of the bearing assembly. A wide variety of bearing designs exists to allow the demands of the application to be correctly met for maximum efficiency, reliability, durability and performance.
The term "bearing" is derived from the verb "to bear"; a bearing being a machine element that allows one part to bear (i.e., to support) another. The simplest bearings are bearing surfaces, cut or formed into a part, with varying degrees of control over the form, size, roughness and location of the surface. Other bearings are separate devices installed into a machine or machine part. The most sophisticated bearings for the most demanding applications are very precise devices; their manufacture requires some of the highest standards of current technology.
History
The invention of the rolling bearing, in the form of wooden rollers supporting, or bearing, an object being moved is of great antiquity, and may predate the invention of the wheel.
Though it is often claimed that the Egyptians used roller bearings in the form of tree trunks under sleds, this is modern speculation. They are depicted in their own drawings in the tomb of Djehutihotep as moving massive stone blocks on sledges with liquid-lubricated runners which would constitute a plain bearing. There are also Egyptian drawings of bearings used with hand drills.
The earliest recovered example of a rolling element bearing is a wooden ball bearing supporting a rotating table from the remains of the Roman Nemi ships in Lake Nemi, Italy. The wrecks were dated to 40 BC.
Leonardo da Vinci incorporated drawings of ball bearings in his design for a helicopter around the year 1500. This is the first recorded use of bearings in an aerospace design. However, Agostino Ramelli is the first to have published sketches of roller and thrust bearings. An issue with ball and roller bearings is that the balls or rollers rub against each other causing additional friction which can be reduced by enclosing the balls or rollers within a cage. The captured, or caged, ball bearing was originally described by Galileo in the 17th century.
The first practical caged-roller bearing was invented in the mid-1740s by horologist John Harrison for his H3 marine timekeeper. This uses the bearing for a very limited oscillating motion but Harrison also used a similar bearing in a truly rotary application in a contemporaneous regulator clock.
Rotary bearings hold rotating components such as shafts or axles within mechanical systems, and transfer axial and radial loads from the source of the load to the structure supporting it. The simplest form of bearing, the plain bearing, consists of a shaft rotating in a hole. Lubrication is used to reduce friction. In the ball bearing and roller bearing, to reduce sliding friction, rolling elements such as rollers or balls with a circular cross-section are located between the races or journals of the bearing assembly. A wide variety of bearing designs exists to allow the demands of the application to be correctly met for maximum efficiency, reliability, durability and performance.
The term "bearing" is derived from the verb "to bear"; a bearing being a machine element that allows one part to bear (i.e., to support) another. The simplest bearings are bearing surfaces, cut or formed into a part, with varying degrees of control over the form, size, roughness and location of the surface. Other bearings are separate devices installed into a machine or machine part. The most sophisticated bearings for the most demanding applications are very precise devices; their manufacture requires some of the highest standards of current technology.
History
The invention of the rolling bearing, in the form of wooden rollers supporting, or bearing, an object being moved is of great antiquity, and may predate the invention of the wheel.
Though it is often claimed that the Egyptians used roller bearings in the form of tree trunks under sleds, this is modern speculation. They are depicted in their own drawings in the tomb of Djehutihotep as moving massive stone blocks on sledges with liquid-lubricated runners which would constitute a plain bearing. There are also Egyptian drawings of bearings used with hand drills.
The earliest recovered example of a rolling element bearing is a wooden ball bearing supporting a rotating table from the remains of the Roman Nemi ships in Lake Nemi, Italy. The wrecks were dated to 40 BC.
Leonardo da Vinci incorporated drawings of ball bearings in his design for a helicopter around the year 1500. This is the first recorded use of bearings in an aerospace design. However, Agostino Ramelli is the first to have published sketches of roller and thrust bearings. An issue with ball and roller bearings is that the balls or rollers rub against each other causing additional friction which can be reduced by enclosing the balls or rollers within a cage. The captured, or caged, ball bearing was originally described by Galileo in the 17th century.
The first practical caged-roller bearing was invented in the mid-1740s by horologist John Harrison for his H3 marine timekeeper. This uses the bearing for a very limited oscillating motion but Harrison also used a similar bearing in a truly rotary application in a contemporaneous regulator clock.
